高隔离多路视频信号传输控制器——MAX4545

    摘要：美国MAXIM公司生产的MAX4545双向RF/Video开关，是一种“T”型结构的模拟开关，具有极好的关断特性。MAX4545组成的开关阵列具有频带宽、抗干扰能力强等特点，适用于工业电视等多路大型监测、监控系统的应用。本文着重介绍了MAX4545的功能特性、工作原理、典型参数和应用。

    关键词：关断隔离  串扰  视频开关  多路分配器

1 引言

当今，随着国民经济的飞速发展，工业监控系统工程的研究与应用无论在效率的提高、成本的降低、工艺的改进、应用范围的扩大等方面都得到了迅速的发展。为促进安全生产、规范管理、提高劳动生产率，目前，在许多工矿企业、银行、收费站等部门均安装了工业电视监控系统。顾名思义，“监控”即对监测、监视到的信息合理地进行控制。监控系统的功能是根据监控的需要，既可以方便地随时调阅任一监控点的图像，又可以在指定的监视器上显现所需监控点的图像。监控系统的关键部位是视频矩阵切换器，其主要作用是控制传输信号的流程。操作人员可以在室内集中监控、接收来自较远现场的设备状况和工作环境信息（如：火力发电厂的卸煤机、输煤传送带、炉膛火焰、升压站等环境较为恶劣的工作现场的适时监控）。在以视频矩阵与控制主机为核心的系统中可以选择任意一台摄像机的图像在任一指定的监视器上输出显示。如：M台摄像机和N台监视器构成的M·N矩阵。一般，矩阵切换系统可大可小，小型系统可以是4×1，大型系统可达到1024×256或更大。而视频矩阵的关键部位是传输视频信号的控制芯片，控制传输视频信号芯片的关键指标则是芯片的带宽、关断隔离和串扰。下面介绍一种宽带且有较好关断隔离和串扰指标的新型视频模拟开关芯片——MAX4545。

2 MAX4545的功能特性

MAX4545是一种可用于50Ω～75Ω系统中，300MHz的低电压、双向多路高频开关，可广泛用于音频、视频开关阵列。器件包含4个使能控制的SINGLE－POLE/SINGLE－THROW(SPST)常开开关，每一开关由MOSFET组成“T”型结构。它能提供比单个开关更高的关断隔离。在10MHz有大于80dB的，较好的高频关断隔离和串扰指标，能处理轨——轨任一方向的模拟信号，使用最佳±5V供电，关断漏电流在25℃时小于5μA，在85℃时小于50μA。这种CMOS开关在±2.7V至±6V供电范围内均能正常工作。所有受控端的逻辑信号输入阈门电平约为0.8V～2.4V（典型电平为1.5V）。

3 MAX4545芯片引脚排列及说明

MAX4545引脚排列如图1所示。引脚说明见表1。

表1 MAX4545引脚说明

＊每一管内部没有连接地，使用时要将芯片所有GND-均连接到地。

＊＊NO-、NC-和COM-管脚可交换使用，任何一端都可作为输入端使用。

4 MAX4545工作原理

MAX4545结构为高频“T”型开关，如图2所示。等效电路如图3所示。

MAX4545的结构是典型的CMOS模拟开关。有三个电压管脚：V＋、V和GND。V＋和V用于驱动内部CMOS开关正常工作。在每一个信号端（GND，NO，IN，COM）与V＋和V之间均接有反相静电放电保护二极管(ESD)。如果其中任何一端信号电压超过V＋或低于V，保护二极管将导通，正常工作时这些反相偏置的ESD处于截止状态。芯片内部的模拟信号通道与地没有连接，模拟信号路径为一个N沟道和一个P沟道的MOSFET并联后再串接，并由逻辑正电平和逻辑负电平去驱动，使模拟信号正常通过。

（1）逻辑电平的传输

逻辑电平输入IN，由A1将IN电平转换成由V＋至V的逻辑信号去驱动A2（A2作为常闭开关），再由A2驱动N沟道MOSFET－N1、N2，使N1、N2完全导通或截止。A2同时又驱动A3，A3驱动P沟道MOSFET－P1、P2使P1、P2完全导通或截止。A3同时又驱动N沟道MOSFET－N3，使N3截止或导通。逻辑电平IN由V＋和地决定（见参数指标），所有GND必须统一接地。“T”型开关的配置，很好地衰减了开关关断时，通过源一漏极杂散电容的视频信号。

等效电路说明：当“T”型开关导通时S1和S2闭合S3断开，当“T”型开关截止时S1和S2断开S3闭合。关断状态时，那些通过串联MOSFET寄生电容的耦合信号被S3完全旁路。

（2）开关闭合与断开

当IN为“1”时，开关闭合，N1、N2、P1、和P2导通，N3截止，信号由COM(NO)到NO(COM)通过。由于N沟道和P沟道MOSFET起纯阻作用，这种典型的对称结构在50Ω～75Ω系统中，100MHz平坦度为－1dB。

当N1为“0”时，开关断开，N1、N2、P1、和P2截止，N3导通，泄漏信号通过N3旁路。在50Ω～75Ω系统中，10MHz带宽关断隔离度大于－80dB。此开关的速度较快，在同一逻辑电平驱动下开关关断时间（toff=35ns）小于开关时间（ton=90ns），MAX4545有较好的轨—轨串扰指标，达－88dB。

（3）阻抗匹配

MAX4545模拟开关的典型导通电阻为14Ω。因此，在同轴电缆传输系统中，它能够与任何一路断开或关闭状态时的阻抗相匹配。关断状态的隔离度较好，更能保证良好的阻抗匹配。用±5V供电时，50Ω或75Ω系统中的阻抗匹配是最佳的。

（4）电源供电

MAX4545可在单电源＋2.7V～＋12V供电、双电源±2.7V～±6V供电时正常工作。双电源供电时V＋和V无须对称使用，但是，任何时候V＋与V的总和（绝对值）不能超过13.0V。不能同时将MAX4545的V＋端接到＋3V时，又将逻辑电平的输入端接到TTL逻辑信号上，因TTL的逻辑电平输出，可能会超过最大值范围，这样将损坏芯片或外部电路。

5 MAX4545主要参数（最佳±5V供电）

MAX4545主要参数见表2。

表2 MAX4545主要参数

6 结语

由于MAX4545的特殊构造，使其更具有良好的开通和关断特性，同时克服了一般芯片对大型系统中较多路视频信号同时在入口处等待调出而引起的各路信号间的串扰现象。该电路通过改进可简单地改变信号的传输方向，构成多路分离器。为保证该设备工作稳定、可靠，设计电路时需要在V＋和V到地端外加保护二极管。为了确保印制电路板的走线不会降低开关电路性能，设计时应按照高于1GHz来考虑，电路板上模拟信号引线应尽可能短（不要绕路）；最好不使用IC插座，否则会增加寄生电容和电感；印制板至少应当设计成双层板，一层为信号层，一层为接地层；所有模拟信号走线均要用两排地线屏蔽，使得信号在印制板上传输最佳。